Aurora στα ελληνικά σημαίνει αυγή αλλά και σέλας, αυτό το ξεχωριστό «πολύχρωμο» ουράνιο φαινόμενο που παρατηρείται στις πολικές περιοχές.
Ετσι βάφτισαν το νέο θεμελιώδες μοντέλο Τεχνητής Νοημοσύνης (ΑΙ) μετεωρολογικών προβλέψεων που ανέπτυξαν ο έλληνας αναπληρωτής καθηγητής του Τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών και Εφαρμοσμένης Μηχανικής του Πανεπιστημίου της Πενσιλβάνια Πάρις Περδικάρης και οι συνεργάτες του από τη Microsoft. Διότι και η δική τους Aurora, η οποία παρουσιάστηκε προσφάτως στο έγκριτο επιστημονικό περιοδικό «Nature», είναι ξεχωριστή καθώς με πολύ μικρό κόστος και χωρίς να απαιτεί ιδιαίτερο εξοπλισμό δείχνει να ξεπερνά στις μετεωρολογικές προβλέψεις όλα τα υπάρχοντα «παραδοσιακά» μοντέλα πρόβλεψης αλλά και τους υπόλοιπους ΑΙ ανταγωνιστές της, προσφέροντας μάλιστα ακριβή πρόβλεψη για πλήθος περιβαλλοντικών γεγονότων – από τις καταιγίδες και τους τυφώνες ως τη χημική σύσταση της ατμόσφαιρας.
Στον πλανήτη μας που ταλανίζεται από την κλιματική αλλαγή, με τα ακραία καιρικά φαινόμενα να μετατρέπονται πλέον σε ρουτίνα, το σύστημα Aurora σηματοδοτεί μια νέα «αυγή» στις μετεωρολογικές προβλέψεις αφού ο καθένας θα μπορεί με έναν απλό υπολογιστή (και με την προϋπόθεση ότι θα έχει εγκατεστημένη μια μονάδα επεξεργασίας γραφικών – GPU) να έχει μέσα σε δευτερόλεπτα ασφαλείς προβλέψεις στην οθόνη του, όπως ανέφερε στο Βήμα-Science ο έλληνας «πατέρας» του στη συνέντευξη μέσω zoom που μας παραχώρησε.
Ταχύρρυθμη εκπαίδευση
«Τα παραδοσιακά μοντέλα μετεωρολογικών προβλέψεων χρειάζονται πολλούς πόρους για να λειτουργήσουν – απαιτούν υπερυπολογιστές για να διεξαγάγουν δύσκολους μαθηματικούς υπολογισμούς και πολύ χρόνο προκειμένου να πραγματοποιηθούν οι υπολογισμοί. Αυτό αποτελεί μεγάλο μειονέκτημα όταν υπάρχουν κρίσιμες καταστάσεις που απαιτούν ταχείες αποφάσεις. Το όραμά μας λοιπόν ήταν να χτίσουμε ένα σύστημα που θα είναι ταχύτερο, φθηνότερο και ευρέως προσβάσιμο. Ετσι γεννήθηκε το Aurora, το οποίο βασίζεται σε μια εντελώς διαφορετική λογική» σημείωσε ο καθηγητής.
Ποια ήταν αυτή η… ΑΙ λογική; Η εκπαίδευση του συστήματος με γεωφυσικά δεδομένα από όλο τον κόσμο που κάλυπταν πάνω από 1 εκατομμύριο ώρες… διδακτέας ύλης. «Συμπεριλάβαμε υψηλής ακρίβειας ιστορικά δεδομένα με προηγούμενες προβλέψεις από το 1970 ως σήμερα, οι οποίες μάλιστα διορθώθηκαν ώστε να συμφωνούν καλύτερα με τα δεδομένα που συλλέγονται πλέον από δορυφόρους, μετεωρολογικούς σταθμούς, ωκεανογραφικές μετρήσεις κ.λπ. Κατά κάποιον τρόπο διδάξαμε στο σύστημα όλη την ιστορία της ατμόσφαιρας του τελευταίου περίπου μισού αιώνα».
Το σύστημα εκπαιδεύθηκε σε δύο φάσεις. «Στην «προεκπαίδευση» έμαθε τους βασικούς νόμους της φυσικής μέσα από τα δεδομένα, χωρίς όμως να λύνει εξισώσεις – όπως ένας έμπειρος ναυτικός γνωρίζει πώς να προβλέπει τον καιρό μέσα από την πρότερη εμπειρία του και τις αισθήσεις του. Στη δεύτερη φάση της εκπαίδευσης το Αurora εξειδικεύθηκε σε πολύ ακριβείς προβλέψεις για συγκεκριμένα φαινόμενα, όπως π.χ. η 10ήμερη πρόβλεψη του καιρού, η πρόβλεψη σχετικά με τα κύματα στους ωκεανούς, με καταιγίδες και τροπικούς κυκλώνες ή με την ποιότητα του αέρα».
Καλός «μαθητής»
Και η εκπαίδευση αυτή φαίνεται να… έπιασε τόπο, όπως απέδειξαν διαφορετικά σενάρια προσομοίωσης που έτρεξε η ομάδα – είναι χαρακτηριστικό ότι από τις συγκρίσεις αποδείχθηκε ότι το Aurora είναι το πρώτο μοντέλο ΑΙ που ξεπερνά σε επιδόσεις πρόβλεψης επτά επίσημα κέντρα πρόβλεψης για τους κυκλώνες. Για παράδειγμα, όπως περιέγραψε ο δρ Περδικάρης, το Aurora προέβλεψε σωστά τέσσερις ημέρες νωρίτερα το πού ακριβώς και πότε θα χτυπούσε ο τυφώνας «Doksuri» – ο πιο καταστροφικός τυφώνας που έχει καταγραφεί ποτέ στον Ειρηνικό Ωκεανό, ο οποίος έπληξε τις Φιλιππίνες τον Ιούλιο του 2023 προκαλώντας δεκάδες θανάτους και ζημιές που ξεπέρασαν τα 28 δισ. δολάρια. «Οι επίσημες προβλέψεις ανέφεραν ότι ο τυφώνας θα περάσει βόρεια στην Ταϊβάν, ωστόσο αυτό που συνέβη ήταν ότι μετακινήθηκε πιο νοτιοδυτικά και έπληξε τις βόρειες ακτές των Φιλιππινών. Η τόσο έγκαιρη πρόβλεψη που προσέφερε το Aurora θα μπορούσε να είναι σωτήρια δίνοντας χρόνο στις Αρχές να προετοιμαστούν κατάλληλα».
Εξίσου καλές προβλέψεις προσέφερε το σύστημα στα τεστ που αφορούσαν την καταιγίδα «Ciarán» η οποία έπληξε τον Νοέμβριο του 2023 τις δυτικές ακτές της Ευρώπης. «Το Αurora ήταν το μοναδικό μοντέλο βασισμένο στην ΑΙ που προέβλεψε σωστά, τόσο σε σύγκριση με τα υπόλοιπα ΑΙ μοντέλα όσο και με τις κλασικές μεθόδους, την απότομη αύξηση των ανέμων που προκάλεσε η καταιγίδα».
Εξίσου καλές επιδόσεις είχε το σύστημα και σε ό,τι αφορούσε την ποιότητα του αέρα. Τεστ που αφορούσαν μια αμμοθύελλα η οποία χτύπησε το Ιράκ τον Ιούνιο του 2022 προκαλώντας περισσότερες από 5.000 νοσηλείες έδειξαν ότι το Aurora προέβλεψε με ακρίβεια και με ελάχιστο κόστος το συμβάν μία ημέρα πριν από την εμφάνισή του.
Δημόσιο αγαθό
Το Aurora που, σύμφωνα με τον έλληνα καθηγητή, «φωτίζει τη γνώση μας» σχετικά με τις ατμοσφαιρικές διεργασίες δεν έχει μείνει μόνο στα… ΑΙ χαρτιά. Οπως πληροφορηθήκαμε, χρησιμοποιείται ήδη τους τελευταίους μήνες από το Ευρωπαϊκό Κέντρο Μεσοπρόθεσμων Μετεωρολογικών Προβλέψεων (ECMWF) το οποίο εξυπηρετεί δεκάδες χώρες στην Ευρώπη – πιθανώς λοιπόν οι έλληνες αρμόδιοι έχουν έμμεση πρόσβαση στις υπηρεσίες του μοντέλου, σημείωσε ο δρ Περδικάρης. «Μπορούν όμως να το κατεβάσουν και οι έλληνες μετεωρολόγοι αφού είναι δημοσίως διαθέσιμο στη διεύθυνση https://github.com/microsoft/aurora».
Επόμενος στόχος για την ερευνητική ομάδα είναι να συμπεριλάβει στο μοντέλο τις προβλέψεις για τις βροχοπτώσεις – κάτι που δεν συμβαίνει αυτή τη στιγμή και είναι ζωτικής σημασίας για χώρες όπως η Ελλάδα που βιώνουν τα τελευταία χρόνια ακραίες βροχοπτώσεις και πλημμύρες. Παράλληλα, κατά τον καθηγητή, κοινό όραμα των ομάδων που ασχολούνται με το συγκεκριμένο πεδίο είναι «το να προσφέρουμε μέσω τέτοιων μοντέλων πρόσβαση σε ασφαλείς προβλέψεις, ιδίως σε χώρες που δεν έχουν τους πόρους και τις υποδομές για να έχουν πρόσβαση στα κλασικά συστήματα τα οποία βασίζονται σε υπερυπολογιστές». Μέσα από τον «εκδημοκρατισμό» των προβλέψεων ο καθηγητής πιστεύει ότι στο μέλλον θα σωθούν από ακραία καιρικά φαινόμενα πολλές ζωές – «σωτήρας» τους θα είναι η ΑΙ (και πρωτίστως βέβαια το μυαλό των επιστημόνων που τη χειρίζονται).
H υπεροχή έναντι των άλλων
Το Αurora δεν είναι το μόνο ΑΙ σύστημα που έχει αναπτυχθεί για μετεωρολογικές προβλέψεις, είναι όμως το πιο ολοκληρωμένο, με βάση τον δημιουργό του. Οπως εξήγησε ο δρ Περδικάρης, «οι πρώτες τέτοιου είδους προσπάθειες δημοσιεύθηκαν το 2022 – η αρχή έγινε με το κινεζικό Pangu Weather ενώ ακολούθησε η Google DeepMind με το σύστημα GraphCast. Εμείς με το Αurora πήγαμε ένα βήμα παρακάτω χτίζοντας ένα σύστημα που δεν προβλέπει μόνο τον καιρό αλλά και άλλα συστήματα όπως τα ωκεάνια κύματα, η ποιότητα του αέρα κ.λπ.». Μάλιστα η σύγκριση του Aurora με τα υπόλοιπα αντίστοιχα ΑΙ συστήματα χάρισε το προβάδισμα στην ομάδα της Πενσιλβάνια. «Οι συγκρίσεις έδειξαν ότι το Aurora είναι κατά 92% πιο ακριβές σε σύγκριση με το GraphCast σε όλες τις μεταβλητές και τους χρονικούς ορίζοντες πρόβλεψης καθώς και 90% πιο ακριβές σε σύγκριση με το κλασικό σύστημα IFS του ECMWF».
